中红外固体激光器研究进展

本文介绍了中红外固体激光器中新型的Fe²⁺: ZnSe激光器和基于MgO: PPLN、ZnGeP₂晶体的光参量振荡器的发展现状,讨论了它们在发展过程中遇到的技术难题,探讨了中红外固体激光器的未来发展方向。波长为3~5 μm的中红外固体激光器具有效率高、体积小和重量轻等优点,在工业、医疗、军事等方面具有重要应用价值,研制大尺寸、高质量中红外激光晶体和输出波长更长的红外高功率激光泵浦源已成为中红外固体激光器未来发展方向之一。     

Cr4+在Al2O3多晶体中的光谱性能研究

采用传统无压烧结工艺制备Cr:Al₂O₃透明多晶陶瓷.测定了其退火前后的吸收光谱和荧光光谱，发现在Al₂O₃六配位的八面体结构中，Cr⁴⁺的荧光发射也处在1100—1600nm波段的红外区间，荧光发射峰位于1223nm附近，类似Cr⁴⁺在四面体中的发光行为.同时由于氧化铝晶格常数较小，晶体场强较强，使Cr⁴⁺:Al₂O_{3< 关键词： 4+')" href="#">Cr⁴⁺ 2}O₃透明陶瓷')" href="#">Cr:Al₂O₃透明陶瓷 光谱性质 八面体     

钬铥双掺钨酸镱钾激光晶体光谱参数计算

采用顶部籽晶提拉法（TSSG）生长了钬铥双掺钨酸镱钾（KHo_0.04Tm_0.06Yb_0.9（WO₄）₂）激光晶体。测试了该晶体的吸收及荧光光谱,计算了其光谱参数。实验结果表明：该晶体在890~1 000 nm范围吸收带较宽,半峰宽为90 nm,计算了主峰1 000 nm处吸收截面为16.92×10^-20 cm²;Tm³⁺在1 690~1 812 nm范围存在较宽的吸收带,半峰宽为118 nm,易于实现Yb→Ho、Yb→Tm、Tm→Ho的能量传递。根据Judd-Ofelt理论,计算了该晶体的光谱强度参数。根据Tm³⁺、Ho³⁺、Yb³⁺离子能级图,讨论了产生1 750~2 200 nm荧光发射的3种能量传递方式。最后计算了主峰2 030 nm处受激发射截面为3.47×10^-20 cm²,表明该晶体可作为2 μm波段优异的激光增益介质。     

Cr3+:Al2O3透明多晶陶瓷光谱特性分析

对透光性良好的Cr³⁺:Al₂O₃透明多晶陶瓷的光谱性能 进行了研究，其吸收光谱中吸收峰与单晶红宝石相一致，按吸收光谱和Tanabe-Sugano能级 图，算出其晶场强度参数D_q及Racah参数B分别为1792cm^-1， 689cm ^-1，D_q/B=2.6，陶瓷中Cr³⁺离子所处格位的晶体场强 比单晶弱一些，但Cr³⁺:Al₂O₃透明陶瓷仍属于强场晶 体材料；当Cr³⁺掺杂浓度到达0.8wt%时，陶瓷的发射谱仍保持较好的R线发射 ；随Cr³⁺掺杂浓度的增大，激发峰位发生“红移”.在Cr³⁺:Al₂O₃透明多晶陶瓷的荧光谱上，发现一个波长为670nm的发射峰，经激发 谱确认为Cr³⁺的发射峰. 关键词： 氧化铝 透明陶瓷 离子格位 光谱性质     

Cr3+掺杂的Cd3Al2Ge3O12光谱特性及晶场参数计算

采用高温固相法合成了Cd₃Al₂Ge₃O₁₂：Cr³⁺多晶材料,利用X射线衍射对其结构进行了分析,通过Cr³⁺的室温吸收光谱、室温和77K发射光谱分别对其光谱特性和晶场参数进行了分析和计算.结果表明：在450 nm的蓝光激发下,Cd₃Al₂Ge₃O₁₂：Cr³⁺室温发 关键词： 3Al₂Ge₃O₁₂：Cr³⁺')" href="#">Cd₃Al₂Ge₃O₁₂：Cr³⁺ 荧光光谱 晶场参数 可调谐激光     

KCdF3晶体中Cr3+-Li+中心局域结构研究

利用零场分裂参量与晶体结构之间的定量关系,研究了双掺杂晶体KCdF₃:Cr³⁺,Li⁺的局域结构。指出,对于KCdF₃:Cr³⁺,Li⁺晶体,四角晶场的形成包含两个方面:(1)由于电荷补偿而产生的等效电荷形成的四角对称晶场;(2)Cr³⁺的局域结构发生晶格畸变而产生的四角对称晶场。事实上,当Cr³⁺和Li⁺掺入KCdF₃晶体时,Cr³⁺代替了Cd²⁺离子;由于Cr³⁺离子与Cd²⁺离子的半径不同、电荷不同、质量不同,导致Cr³⁺的局域结构发生晶格畸变,由此而产生四角对称晶场;由于电荷补偿,Li⁺离子取代了[001]方向与Cr³⁺离子邻近的Cd²⁺离子,由此产生的等效电荷而形成的四角晶场。这样,Cr³⁺的局域结构由O_h对称变为C_4v点对称。文中建立了ZFS参量和晶体结构之间的定量关系。在考虑晶格畸变和等效电荷的基础上,研究了KCdF₃:Cr³⁺,Li⁺晶体的ZFS参量,理论结果和实验符合很好。得到了F^-离子向中心离子分别移动为ΔR₁=0.00268nm,ΔR₂=0.001nm,ΔR₃=0.00165nm。     

导模法生长Er:Lu2O3连续激光特性

导模法是一种超高熔点晶体的有效生长方法,可以生长高质量、大尺寸、高掺杂的Er:Lu₂O₃晶体。本文测试了导模法生长的Er:Lu₂O₃晶体的荧光发射谱及连续激光特性,在室温下获得了斜效率为23.1%的2.85μm连续激光输出,最高输出功率5.24 W。80 min功率RMS(Root mean square)稳定性优于1.4%,不同输出功率水平的激光光束质量M²因子优于2.17。实验结果表明,导模法生长的Er:Lu₂O₃激光晶体具备输出高功率、高效率中红外激光的能力。     

Cr~(2+):ZnSe全固态中红外激光器

建立了一种高质量、高效率全固态中红外激光系统,并对激光输出的效率、光束质量等指标进行了测试。首先,以二极管激光器为泵浦源,Tm~(3+):YAP晶体为增益介质,搭建了输出波长为1.97μm的近红外激光器。然后,以Tm~(3+):YAP激光器为泵浦源,自行开发研制的Cr~(2+):ZnSe单晶为增益介质,搭建了全固态中红外激光器。最后,测试了全固态中红外激光器的光束质量及激光器出光效率,并对谐振腔光效率的理论输出值与实际的激光器出光参数进行了对比。实验结果表明:此全固态中红外激光器的光光转换效率为17.2%,斜率效率为20%,在最高输出能量为3 W时的光束质量(M~2)在x和y方向分别为1.7和1.73,光束基本为圆形的高斯光斑。     

Cr4+掺杂Li1.14Zn1.43SiO4透明微晶玻璃近红外宽带光谱特性

采用高温熔融法和热处理制备了Cr⁴⁺掺杂Li_1.14Zn_1.43SiO₄微晶玻璃, 探讨了不同热处理温度下样品的物相、微观形貌及发光性能. 结果表明: 580℃热处理2h得到的微晶玻璃, Li_1.14Zn_1.43SiO₄微晶的粒径约为5nm, 在808nm的二极管激发下, 可观察到中心波长位于1226nm, 半高宽为230nm的近红外宽带发射峰, 荧光寿命约为200.73±1.71μs. 随着热处理温度的升高, Cr⁴⁺离子所处的晶体场环境发生了变化, 且可以观察到样品吸收光谱发生微弱的蓝移, 而荧光光谱发生少量的红移, 分析了晶体场环境变化对样品发光性能的影响. 关键词： 铬离子 微晶玻璃 超宽带发光 晶体场     

Ni2+:BeAl2O4晶体发光性质的研究

用时间分辨的激光诱导荧光光谱方法测量了10—300K温度范围内Ni²⁺:BeAl₂O₄晶体的红外荧光光谱和荧光寿命。通过荧光寿命的温度变化特性分析,得出³T_2g态的内禀辐射衰减寿命为123±7.2μs。无辐射弛豫的Mott激活能为1147cm^-1,并导出了此晶体发光量子效率随温度的变化关系式。Ni²⁺:BeAl₂O_{4关键词：}     

Cr4+在MgCaBa-铝酸盐玻璃中的发射及光学增益

研究了四价铬离子掺杂的MgCaBa-铝酸盐玻璃在近红外区的发射光谱,既有源于¹E—³A₂跃迁,位于1.18μm处的窄带,又有源于³T₂—³A₂范围在1.1～1.4 μm内的宽带,利用ASE(Amplified Spontaneous Emission)方法研究了其增益特性,测量了在 632.8nm激发下不同激发长度下的发射光谱,得到其光学增益系数在1.18μm和1.24 μm处分别为B_E=(0.7±0.04)mm^-1和B_T=(0.05±0.005)mm^-1,并根据这种材料的光谱性质,对其作为近红外可调谐激光介质的可能作出评估。     

Cr3+掺杂的Ca3Al2Ge3O12石榴石的光谱性质

在此报告钙铝锗石榴石Ca₃Al₂Ge₃O₁₂中Cr³⁺离子的光谱特性,依据不同浓度的样品在不同温度下发射光谱的实验结果,分析了不等价Cr³⁺发光中心零声子线R₁,R₂的位置变化情况。通过对Cr³⁺吸收和发射光谱的分析,估算了Cr³⁺所处格位的晶场强度参数Dq和Racah参数,同时,对低温下Cr³⁺R线边带振动光谱的精细结构的起因进行了分析和指认。在室温和低温下测得Cr³⁺的⁴T₂→⁴A₂和²E→⁴A₂能级跃迁的荧光衰减为单指数规律。     

固相法制备Ce,Cr∶YAG透明陶瓷及其荧光性能研究

以高纯Al_2O_3、Y_2O_3、Cr_2O_3和CeO_2为原料,采用固相法制备了Ce,Cr∶YAG透明陶瓷。通过XRD测试和荧光测试,研究了0.5%Ce~(3+),0.1%Cr~(3+)掺杂的YAG透明陶瓷片的晶相结构和光学性能。结果表明:1 750℃烧结获得的该陶瓷片为YAG纯相,在可见光区的透过率达到了70%以上。在430 nm的光激励下,透明陶瓷同时表现出了Ce~(3+)、Cr~(3+)的特征发射峰,在补充白光LED的红光部分方面具有一定的实际应用价值。     

Ultrabroadband mid-infrared emission from Cr~(2+):ZnSe-doped chalcogenide glasses prepared via hot uniaxial pressing and melt-quenching

We reported an ultrabroadband mid-infrared(MIR) emission in the range of 1800 nm–3100 nm at room temperature(RT) from a Cr~(2+):Zn Se-doped chalcogenide glasses(Ch Gs) and studied the emission-dependent properties on the doping methods. A series of Cr~(2+):Zn Se/As40 S57 Se3(in unit wt.%) glass-ceramics were prepared by hot uniaxial pressing(HUP)and melt-quenching methods, respectively. The glass-ceramics with MIR emission bands greater than 1000 nm were successfully prepared by both methods. The effects of matrix glass composition and grain doping concentration on the optical properties of the samples were studied. The occurrence state, morphology of the grains, and the microscopic elemental distributions were characterized using x-ray diffraction(XRD), scanning electron microscope(SEM), and energy dispersive spectrometer(EDS) analyses.     

Gd3+/Y3+共掺对Nd:CaF2晶体光谱性能的影响

通过坩埚下降法生长了系列共掺Nd,Gd:CaF₂和Nd,Y:CaF₂晶体, 研究了Gd³⁺/Y³⁺共掺对Nd³⁺光谱性能以及Nd:CaF₂晶体晶胞参数的影响规律. 对于0.5 at.%Nd, x at.%Gd(x=2,5,8,10):CaF₂系列晶体, 当调控Gd³⁺掺杂浓度为2 at.%时, 具有最大的荧光寿命499 μs; 当Gd³⁺掺杂浓度为5 at.%时, 具有最大的吸收截面1.47×10^-20 cm², 最大的发射截面1.9×10^-20 cm²; 当Gd³⁺掺杂浓度为8 at.%时, 具有最佳的发射带宽29.03 nm. 对于0.6 at.%Nd, xat.%Y(x=2, 5, 8, 10):CaF₂系列晶体, Y³⁺掺杂浓度为5 at.%时, 有最大的吸收截面2.41×10^-20 cm², 最大的发射截面3.17×10^-20 cm²; 当Y³⁺掺杂浓度为10 at.%时, 具有最长的荧光寿命359.4 μs,并且具有最大发射带宽26 nm.     

中远红外非线性光学晶体研究进展

3—5μm和8—12μm波段中远红外激光,在国防和民用领域均具有广泛的应用,作为全固态激光频率转换系统的核心部件,非线性光学晶体需要不断地优化和发展.本文从红外非线性光学晶体材料组成角度出发,总结了几种具有重大应用前景的磷族化合物(ZnGeP_2,CdSiP_2)、硫属化合物(CdSe, GaSe, LiInS_2系列,BaGa_4S_7系列)以及准位相匹配晶体(OP-GaAs, OP-GaP)等中远红外波段非线性光学晶体的研究进展.